Die Arbeitsgruppe von Professor Borchardt setzt auf Mechanochemie, in der mechanische Energie genutzt wird, um chemische Reaktionen anzutreiben. Konkret sieht das so aus, dass die Ausgangsstoffe in Pulverform zusammen mit Mahlkugeln in einen Becher gefüllt und einige Minuten gemahlen werden. Die Kugeln bewegen sich durch die Drehung des Mahlbehälters frei im Inneren und stoßen unzählige Male aneinander. Durch die Stoßenergie beim Zusammenprall zweier Kugeln können Stoffe miteinander in Reaktion gebracht werden.

Direkte Mechanokatalyse

Dr. Maximilian Wohlgemuth hat das Konzept der direkten Mechanokatalyse mitentwickelt und erweitert. Dabei funktioniert das Mahlwerkzeug selbst als Katalysator. "Normalerweise werden Katalysatoren als separate Reagenzien zu einer Reaktion hinzugegeben – bei der direkten Mechanokatalyse hingegen sind die katalytisch aktiven Metalle direkt auf die Mahlkugeln oder das Mahlgefäß aufgebracht", erklärt Wohlgemuth. "Dadurch entfällt die aufwendige Trennung des Katalysators nach der Reaktion, und der Materialverbrauch an teuren Metallen wie Palladium oder Gold kann drastisch reduziert werden." Ein zentraler Bestandteil seiner Arbeit ist die Entwicklung einer sogenannten galvanostatischen Beschichtung von Mahlmedien mit katalytisch aktiven Metallen. Diese Technik kann es ermöglichen, den Einsatz wertvoller Edelmetalle erheblich zu reduzieren und gleichzeitig die Wiederverwendbarkeit der Katalysatoren zu verbessern.

Zudem hat er die Resonant-Akustische Mischtechnologie (RAM) eingesetzt, um mechanochemische Reaktionen ohne Mahlmedien wie etwa Kugeln zu ermöglichen. "Dadurch werden Reaktionen effizienter, besser skalierbar und wir vermeiden Abfall", sagt Maximilian Wohlgemuth. Darüber hinaus hat er an der Festkörperoxidation von Alkoholen in goldbeschichteten Mahlgefäßen gearbeitet. Dieses Verfahren ermöglicht die selektive Oxidation zu Aldehyden, ohne dass zusätzliche umweltschädliche Lösungsmittel oder weitere – ggf. toxische – Reagenzien erforderlich sind.

Zum Preis

Der Carl-Roth-Förderpreis, verliehen von der Gesellschaft Deutscher Chemiker in Zusammenarbeit mit der Carl Roth GmbH & Co. KG, zeichnet junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus, die mit ihren Arbeiten besonders zur nachhaltigen Chemie beitragen. Der Preis wird für ressourcenschonende Synthesewege und innovative Anwendungen von Chemikalien vergeben, wobei eine Verbesserung der Nachhaltigkeit klar belegt sein muss (zum Beispiel über quantitative Kennzahlen).

Quelle: Ruhr-Universität Bochum